Dołącz do czytelników
Brak wyników

Materiał ramy - to trzeba wiedzieć

Artykuł | 26 czerwca 2019 |
116

W naszym Katalogu w rubryce „Rama” (i „Materiał” w dziale „Ramy”) znajdziecie szereg bardzo tajemniczych symboli i haseł. Oto jak je rozszyfrować.

 

  1. Stosunek wytrzymałości do cieżaru właściwego
  2. Ciężar właściwy materiału q [g/cm3]

Wykres ten to kompilacja dwóch powyższych cech. Im niżej wisi ciężarek, tym lepszy stosunek wytrzymałości do ciężaru charakteryzuje porównywany materiał. Im większy ciężarek, tym wyższy ciężar właściwy materiału. Tutaj naprawdę widać przewagę włókien węglowych nad innymi materiałami. Dlatego nikogo nie powinno dziwić, że właśnie carbon jest w branży rowerowej w natarciu. Tytan i scandium idą praktycznie „łeb w łeb”, tytan jest wytrzymalszy a scandium lżejsze średnia wychodzi taka sama ale w praktyce zawodnicy wybiora scandium ze względu na masę a Ci którzy lubią naprawdę trwałe rzeczy powinni zdecydować się na tytan. Gdyby świat był prosty to do tych trzech prawie idealnych materiałów mógłby światek rowerowy się ograniczyć. Ale jak to w życiu bywa jak jest zbyt pieknie to gdzieś musi tkwić haczyk ... i tak jest w tym przypadku. Wykres ten nie uwzględnia jedego ważnego czynnika - kosztów wytworzenia i obróbki. Tak się niestety składa, że są to nie tylko najlepsze, ale zarazem najdroższe materiały skazane przez to na marginalne wykorzystanie. W prawdziwym świecie, prócz paramterów technicznych liczy się przede wszystkim czynnik ekonomiczny a ten jak na razie zdecydowanie wskazuje na aluminium, które mimo iż ma gorsze własności niż ww. materiały jest zdecydowanie tańsze. Na wykresie można zauważyć jeszcze jedną bardzo ważną prawidłowość, własności wysokiej jakości stali cr-mo i wysokiej jakości aluminium różnią się tylko o kilka procent na korzyść aluminium. W praktyce oznacza to analogiczną sytuację jak w przypadku tytanu i scandium tzn. stal jest wytrzymalsza i cięższa a aluminium słabsze ale lżejsze.

Aluminium – stopy aluminium to obecnie najpopularniejsze spośród materiałów konstrukcyjnych ram rowerowych. Producenci i nabywcy przy wyborze aluminium kierują się przede wszystkim jego niskim ciężarem (ok. 1/3 ciężaru stali o tej samej objętości) oraz odpornością na korozję. Ale aluminium, szczególnie stopy spełniające rygory spawania, zdecydowanie ustępuje stali parametrami wytrzymałościowymi. By uzyskać wystarczającą sztywność i wytrzymałość należałoby zwiększyć grubość ścianek rur (o formowaniu więcej w akapicie Obróbka), jednak ten zabieg pozbawiłby ramę zalety niższej masy. Przemysł rowerowy omija ten problem inną furtką. Manipuluje wielkością i kształtem przekroju rur, w ten sposób zdecydowanie poprawiając parametry wytrzymałościowe i sztywność. Szkopuł w tym, że boczna sztywność ramy będzie dużym plusem dla zawodnika, bo rama będzie efektywna (energia nie jest tracona na wyginanie się elementów ramy). Ale dla zwykłego użytkownika nadmierna sztywność może być przekleństwem. Nie zapewnia komfortu i wszystko, na co trafią koła na swej drodze niechybnie na swojej skórze i kręgosłupie odczuje jadący. To oczywiście obraz celowo kontrastowy. Poważni wytwórcy potrafią lepiej lub gorzej radzić sobie z tym problemem, fakt pozostaje jednak faktem. Obecnie do budowy ram najczęściej stosowane są stopy aluminium serii: 6000 i 7000. Większość stopów serii 6000 i część serii 7000 nadaje się do spawania. Wyższy numer wcale nie oznacza lepszych parametrów tylko wiodący (po aluminium) pierwiastek w stopie. W przypadku serii 6000 jest to magnez, a 7000 cynk. Każda następna cyfra oznacza inne dodatki zastosowane przez producenta materiału, czyli hutę. Nie można jednoznacznie stwierdzić, który z nich jest lepszy, ponieważ w decydującym stopniu zależy to od obróbki końcowej stosowanej przez poszczególnych producentów rur. Opisujemy to na kolejnej stronie w akapicie „Obróbka”.  Opis dobranego stopu często bywa zakłócony gdy producent chroniąc swoje osiągnięcie decyduje się na kamuflarz stopu i opatruje go własnym kryptonimem. 

Scandium

Stopy aluminiowe, obok swoich wszystkich zalet, posiadają bardzo poważną wadę. Te, które można zespawać, mają bardzo niską wytrzymałość. Jak podają źródła Eastona wytrzymałość najpodlejszej stali zaczyna się na poziomie 150 (celowo pomijamy jednostkę ponieważ większości z nas i tak ona nic nie mówi, chodzi tylko o uzmysłowienie, jak kształtują się różnice wytrzymałości pomiędzy poszczególnymi materiałami). Zdecydowanie przewyższa to parametry tytanu (ok. 85), ale w porównaniu do aluminium to tytan jest gigantem! Wytrzymałość stopów serii 6000 i 7000 kształtuje się pomiędzy 35–42!

Tylko dzięki wyrachowanej obróbce materiału i potężnych przekrojom rur (kształtek) materiał ten nadaje się do stosowania w ramach rowerowych. W czasie zimnej wojny Ruscy kombinowali, jak zbudować pocisk balistyczny, żeby przebił się spod lodu i doleciał do imperialistów. Wreszcie wypracowali materiał, który połączył lekkość wytrzymałość i – co najważniejsze – pozwalał się spawać. Zapanowała moda na scandium. Budowano z niego Migi, statki kosmiczne Sojuz i elementy pocisków międzykontynentalnych. Dzięki Sc zyskiwały one tę przewagę, że ich stateczniki nie odłamywały się przy przebijaniu lodowej skorupy, pod którą kryły się nuklearne łodzie podwodne. Minęły lata i ściśle tajny materiał militarny służy teraz do zabawy. Easton opracował własny stop aluminium z dodatkiem tego rzadkiego pierwiastka: Sc 7000. Twierdzi się, że jego wytrzymałość to nadzwyczajne 68 (tego samego co na początku artykułu :)), ale najważniejsze jest to, że proces spawania porządkuje jego budowę krystaliczną, czyli w przeciwieństwie do innych stopów aluminium wzmacnia połączenie. Wytrzymałość scandium, oprócz całkiem oczywistych korzyści takich jak obniżenie masy ramy przy właściwej trwałości przynosi także inne, niejako uboczne, korzystne efekty. Pozwala stosować rury o mniejszej, niż inne stopy aluminium średnicy, co wpływa na lepszą absorpcję wibracji i przyjemniejszą, niż na ramach aluminiowych, jazdę.

Stal hi-ten – (stal węglowa konstrukcyjna podwyższonej jakości). Jest materiałem tanim i łatwym w obróbce, dlatego króluje wśród rowerów tanich i bardzo tanich. Cechuje się niskimi parametrami wytrzymałościowymi i wysokim ciężarem właściwym. Aby uzyskać odpowiednią wytrzymałość wymagane jest stosowanie rur o grubych ściankach (0,8–1 mm), a to znacznie podnosi masę ramy. Przy tak grubych ściankach rur rama nie posiada też charakterystycznej dla lepszych gatunkowo stopów stali zdolności absorpcji drgań. Generalnie ramy zbudowane z hi-tenu nie nadają się do intensywnej eksploatacji. Do zalet, prócz niskiej ceny, można zaliczyć fakt, że z ewentualną naprawą poradzi sobie każdy kto ma spawarkę.

Stal chromowo-molibdenowa (oznaczana cr-mo, cro-mo, cromoly) jest to stal stopowa z dodatkami chromu (który polepsza hartowność) i molibdenu (który korzystnie wpływa na strukturę). Jeśli chodzi o parametry, to zupełnie inny materiał niż opisana powyżej stal hi-ten. Dużo bardziej wyrafinowany, obdarzony świetnymi właściwościami wytrzymałościowymi i eksploatacyjnymi. Jego własności: blisko sześciokrotnie większa niż aluminium wytrzymałość, trzykrotnie większa sztywność i pięciokrotnie większa umowna granica plastyczności pozwalają stosować rury o niewielkiej średnicy i cienkich ściankach (0,8 lub 0,6 mm). Co wpływa na rewelacyjną zdolność pochłaniania drgań. Jeszcze na początku lat dziewięćdziesiątych wśród zaawansowanych rowerów była materiałem konstrukcyjny numer 1. Jednak ze względu na utrudnienia technologiczne i cenę materiał ten stracił swoją pozycję na rzecz stopów aluminium.

Ramy ze stali cr-mo są bardzo komfortowe (stal bardzo dobrze tłumi drgania), znacznie trwalsze niż aluminiowe i wolniej się starzejące. Ale ciężar ramy wykonanej z nawet najbardziej wyrafinowanych rur cr-mo jest zauważalnie większy niż porównywalnej klasy ramy z aluminium.

W zależności od składu stopowego, a przede wszystkim od zastosowanej później obróbki cieplno-plastycznej, stal cr-mo może zmieniać swoje parametry w szerokim zakresie. Są „zwykłe” odmiany wykorzystywane do produkcji ram rowerów z dolej półki (np. cr-mo 4130), ale są także odmiany bardzo zaawansowane o wytrzymałości zdecydowanie większej, niż jakiekolwiek inne materiały stosowane do produkcji ram. Kluczem do połączenia wybitnych własności z niską masą jest jednak dalsza obróbka rur.

Tytan (oznaczany Ti np. Ti 3Al, 2.5V) – podobnie jak stopy aluminium i magnezu zalicza się go do grupy metali lekkich. Jego stopy cec...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 10 wydań czasopisma "bikeBoard"
  • Dodatkowe artykuły niepublikowane w formie papierowej
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych wydań magazynu oraz dodatków specjalnych...
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy